1. LAPORAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA II
SERAPAN SINAR RADIOAKTIF
Oleh
Kelompok A4
Ristiar Riwasa (F1B1 11 092)
Mardiana Napirah (F1B1 12 002)
Gusti Eric Sandra (F1B1 12 003)
Yuliana (F1B1 12 004)
PROGRAM STUDI FISIKA
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS HALU OLEO
KENDARI
2014
2. EKSPERIMEN V
SERAPAN SINAR RADIOAKTIF
A. Tujuan
Tujuan dari percobaan Serapan Sinar Radioaktif adalah sebagai
berikut.
1. Menjelaskan prinsip kerja Geiger Muller Counter (GM).
2. Menentukan daerah Plateau Geiger Muller.
3. Menentukan konstanta serapan sinar radioaktif suatu bahan.
B. Dasar Teori
Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses di mana sebuah
inti atom yang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi).
Peluruhan terjadi pada sebuah nukleus induk dan menghasilkan sebuah
nukleus anak. Ini adalah sebuah proses "acak" (random) sehingga sulit untuk
memprediksi peluruhan sebuah atom.
Satuan internasional (SI) untuk pengukuran peluruhan radioaktif
adalah becquerel (Bq). Jika sebuah material radioaktif menghasilkan 1 buah
kejadian peluruhan tiap 1 detik, maka dikatakan material tersebut mempunyai
aktivitas 1 Bq. Karena biasanya sebuah sampel material radioaktif
mengandung banyak atom,1 becquerel akan tampak sebagai tingkat aktivitas
yang rendah; satuan yang biasa digunakan adalah dalam orde gigabecquerels
(Anonim, 2014).
Unsur radiaoaktif alam dan buatan menunjukkan aktivitas radiasi yang
sama dengan memancarkan tiga jenis sinar yaitu sinar-α, sinar-ß, dan sinar-γ.
1. Sinar/Partikel Alfa (α)
a. Sinar alfa merupakan radiasi partikel bermuatan positif.
b. Terdiri dari 2 proton dan 2 neutron. Dengan daya tembus yang
rendah, kita dapat menahannya hanya dengan selembar kertas.
3. c. Karena mempunyai muatan relatif besar, maka dapat mengionisasi
secara kuat atom-atom yang dilewatinya.
d. Mempunyai muatan 2+ dan massa 4 sma.
e. Relatif lambat dan berat.
2. Sinar/Partikel Beta (β)
a. Sinar beta merupakan radiasi partikel bermuatan negatif.
b. Mempunyai muatan –1 dan massa sekitar 1/2000 massa
proton. Dengan demikian partikel ini sama dengan elektron.
c. Relatif cepat dan ringan.
d. Mempunyai daya tembus menengah, dapat dihentikan dengan
lembaran aluminium atau plastik.
e. Dapat mengionisasi atom-atom yang dilewatinya, tetapi tidak sekuat
daya ionisasi partikel alfa.
3. Sinar Gamma (γ)
a. Sinar gamma adalah suatu gelombang EM bukan partikel. Dengan
demikian tidak mempunyai muatan maupun massa.
b. Mempunyai daya tembus yang sangat besar, diperlukan lembaran
tipis timbal untuk menguranginya.
c. Tidak mengionisasi atom-atom yang dilewatinya secara langsung,
meskipun dapat menyebabkan atom memancarkan partikel lain yang
selanjutnya dapat menyebabkan ionisasi.
(Novandi, 2008).
Salah satu sifat menguntungkan dari sinar radioaktif adalah daya
tembusnya yang tinggi. Kekuatan tembus sinar-sinar radioaktif ini
dipengaruhi oleh daya ionisasinya. Daya ionisasi adalah kemampuan sinar
radioaktif menarik elektron dari atom-atom yang dilewatinya. Partikel α
mempunyai daya ionisasi yang kuat karena muatannya positif. Ia lebih mudah
menarik elektron bebas dari atom-atom. Partikel ß memiliki daya ionisasi
yang kurang kuat dan partikel γ memiliki daya ionisai paling lemah. Untuk
mengionisasi atom sinar radioaktif akan menggunakan energi yang
dimilikinya, sehingga semakin kuat daya ionisasinya semakin banyak
4. energinya yang hilang. Hal ini tentu saja berpengaruh pada daya tembusnya.
Sinar γ memiliki daya tembus paling kuat , kemudian sinar ß dan yang paling
lemah adalah sinar α. Di udara terbuka sinar α akan kehilangan banyak energi
karena mengionisasi molekul-molekul udara sehingga hanya memiliki
jangkauan beberapa centimeter saja (Anonim, 2012).
Pencacah Geiger, atau disebut juga Pencacah Geiger-Müller adalah
sebuah alat pengukur radiasi ionisasi. Pencacah Geiger bisa digunakan untuk
mendeteksi radiasi alpha dan beta. Sensornya adalah sebuah tabung Geiger-
Müller, sebuah tabung yang diisi oleh gas yang akan bersifat konduktor
ketika partikel atau foton radiasi menyebabkan gas (umumnya Argon)
menjadi konduktif. Alat tersebut akan membesarkan sinyal dan menampilkan
pada indikatornya yang bisa berupa jarum penunjuk, lampu atau bunyi klik
dimana satu bunyi menandakan satu partikel. Pada kondisi tertentu, pencacah
Geiger dapat digunakan untuk mendeteksi radiasi gamma, walaupun tingkat
reliabilitasnya kurang. Pencacah geiger tidak bisa digunakan untuk
mendeteksi neutron (Anonim, 2013).
C. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam eksperimen Serapan Sinar
Radioaktif dapat dilihat pada tabel berikut.
No. Alat dan Bahan Fungsi NST JU
1 Detektor Geiger Muller Sebagai pendeteksi radiasi
2 Unit Geiger Muller
Counter
Sebagai pencacah radiasi
3 Sumber radioaktif Sebagai penghasil sinar
radioaktif
4 Tegel Sebagai bahan penyerap
5. D. Prosedur Eksperimen
Langkah-langkah yang dilakukan dalam eksperimen Serapan Sinar
Radioaktif adalah sebagai berikut.
1. Menentukan daerah Plateau
a. Merangkai alat seperti gambar berikut.
Gambar 5.1 Unit eksperimen serapan radioaktif
Keterangan:
1) Source : sumber radioaktif
2) M : material yang diukur
3) P : probe tabung GM
4) 123 : display digital tegangan / counter
5) Start : mulai menghitung
6) Time : pemilihan waktu counter
7) V : pengatur tegangan GM
b. Mengatur waktu 10 sekon.
c. Mengatur tegangan mula-mula 0 V.
d. Menekan tombol Start.
e. Mengamati pencacahan.
f. Menambahkan tegangan menjadi 40 V.
g. Mengamati lagi pencacahan.
h. Mengulangi untuk setiap kenaikan 40 V, dan mengamati
pencacahannya.
i. Memplot grafik hubungan tegangan cacahan (V) terhadap cacahan
(N).
6. 2. Pengukuran Serapan
Berdasarkan plot grafik di atas, ditemukan daerah Plateau.
Kemudian ditentukan tegangan anoda yang kira-kira di tengah daerah
Plateau sebagai tegangan kerja. Selanjutnya:
a. Memindahkan sumber radiasi, dan melakukan pencacahan sebagai
cacah latar.
b. Memasang kembali source dan melakukan pencacahan 10 kali, dan
mencatatnya sebagai N0.
c. Memasang bahan penyerap tegel 1 lapis lalu melakukan pencacahan
10 kali.
d. Menambahkan jumlah tegel menjadi 2 lapis lalu melakukan
pencacahan 10 kali.
e. Mengulangi langkah d sebanyak 5 kali penambahan tegel.
f. Mengukur ketebalan tegel.
g. Memplot grafik hubungan ketebalan bahan penyerap x (cm) terhadap
ln N/N0.
h. Menentukan nilai konstanta serapan tegel.
9. F. Analisis Data
1. Hubungan antara beda potensial dengan pencacahan Geiger Muller
Grafik hubungan antara cacahan vs beda potensial
Diperoleh daerah Plateau dari tegangan 340 V hingga 620 V. Maka
tegangan kerjanya adalah pada bagian tengah daerah Plateau, yaitu pada
tegangan V = (340 + 620) / 2 = 480 V.
2. Perhitungan Konstanta Serapan Tegel
𝑁/∆𝑡
𝑁0/∆𝑡
=
𝑁̅ − 𝐶𝐿
𝑁0 − 𝐶𝐿
= 𝑒−µ𝑥
𝑙𝑛
𝑁′
𝑁0′
= −µ𝑥
−𝑙𝑛
𝑁′
𝑁0′
= µ𝑥
Persamaan di atas berbentuk persamaan garis lurus dengan -ln(N’/N0’)
sebagai Y dan ketebalan tegel (x) sebagai X
Y = mX + C
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660
Cacahan(Count)
Beda Potensial (V)
Cacahan vs Beda Potensial
10. Konstanta C tak bernilai pada kasus ini, sedangkan gradien
kemiringan garis m adalah µ
a. Tegel jenis pertama
x (cm) N’ ln (N’/N0’) -ln (N’/N0’)
0,5
1
1,5
2
0,49
0,43
0,32
0,31
-2,035105728
-2,16572591
-2,461190123
-2,492938821
2,035105728
2,16572591
2,461190123
2,492938821
Grafik hubungan antara –ln (N’/N0’) vs x
Konstanta serapan tegel jenis 1: µ = 0,333 cm-1
b. Tegel jenis kedua
x (cm) N’ ln (N’/N0’) -ln (N’/N0’)
0,5
1
1,5
2
0,35
0,31
0,3
0,28
-2,371577964
-2,492938821
-2,525728644
-2,594721516
2,371577964
2,492938821
2,525728644
2,594721516
y = 0.3338x + 1.8715
R² = 0.9229
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5
–ln(N’/N0’)
x (cm)
peluruhan jumlah cacahan radioaktif
oleh tegel jenis 1
peluruhan jumlah
cacahan radioaktif
oleh tegel jenis 1
Linear (peluruhan
jumlah cacahan
radioaktif oleh tegel
jenis 1)
11. Grafik hubungan antara –ln (N’/N0’) vs x
Konstanta serapan tegel jenis 2: µ = 0,140 cm-1
G. Pembahasan
Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses dimana sebuah
inti atom yang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi).
Partikel subatomik tersebut dapat dideteksi dan dicacah oleh suatu instrumen
yang disebut Pencacah Geiger Muller (Geiger Muller Counter).
Gambar 1. Skema detektor Geiger Muller
Pencacah Geiger, atau disebut juga Pencacah Geiger Muller adalah
sebuah alat pengukur radiasi ionisasi. Pencacah Geiger bisa digunakan untuk
mendeteksi radiasi alpha dan beta. Sensornya adalah sebuah tabung Geiger
Muller. Tabung Geiger Muller adalah tabung gas atau tabung ionisasi gas
y = 0.1404x + 2.3207
R² = 0.9439
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5
-ln(N'/N0')
x (cm)
peluruhan jumlah cacahaan
radioaktif oleh tegel jenis 2
peluruhan jumlah
cacahaan radioaktif
oleh tegel jenis 2
Linear (peluruhan
jumlah cacahaan
radioaktif oleh tegel
jenis 2)
12. yang diberi tegangan tinggi antara katoda dan anodanya. Dinding tabung
sebelah dalam dilapis logam yang berfungsi sebagai katoda dan kawat pada
bagian tengah tabung berfungsi sebagai anoda. Bila ada partikel masuk ke
dalam tabung tersebut, maka akan terjadi ionisasi atom-atom gas. Ion positif
akan bergerak menuju katoda dan ion negatif menuju anoda. Bila ion-ion
sampai ke elektroda tersebut, maka akan terjadi pulsa-pulsa listrik pada
keluarannya, yang akan mengakibatkan penurunan tegangan. Jumlah ion yang
terbentuk sebanding dengan energi partikel radiasi yang masuk.
Interaksi partikel radiasi dengan materi akan menghasilkan beberapa
pasangan ion primer. Ion-ion primer itu selanjutnya melakukan proses
ionisasi sekunder sehingga diperoleh pasangan ion yang lebih banyak
dibandingkan yang terbentuk pada proses ionisasi primer. Ada tiga proses
utama yang dapat terjadi apabila radiasi melewati suatu materi, yaitu efek
fotolistrik, hamburan Compton, dan efek produksi pasangan. Ketiga proses
tersebut melepaskan elektron yang selanjutnya dapat mengionisasi atom-atom
lain dalam suatu materi.
(a) (b)
(c)
Gambar 2. (a) Efek Fotolistrik; (b) Hamburan Compton; (c) Efek Produksi Pasangan
13. Pengamatan pertama pada eksperimen Serapan Sinar Radioaktif
adalah pengamatan terhadap jumlah cacahan partikel yang dihasilkan oleh
bahan radioaktif oleh detektor yang dipengaruhi oleh beda potensial antara
anoda dan katoda. Pencacahan terhadap suatu besar nilai beda potensial
dilakukan sebanyak sepuluh kali, lalu nilai cacahan akhir yang diambil adalah
rata-rata dari kesepuluh nilai cacahan tersebut. Kemudian, dibuat grafik yang
menyatakan hubungan antara nilai cacahan (N) vs beda potensial antara
anoda dan katoda (V). Grafik yang diperoleh memperlihatkan daerah plateau
Geiger Muller.
Plateau detektor Geiger Muller adalah daerah tegangan kerja detektor
Geiger Muller. Panjang plateau detektor yang baik adalah lebih dari 100 Volt.
Detektor yang dioperasikan di bawah tegangan kerja menyebabkan pulsa-
pulsa yang tercacah masih sedikit, karena elektron dan ion yang terjadi akibat
ionisasi masih banyak yang mengalami penggabungan kembali atau
rekombinasi. Detektor yang dioperasikan di atas tegangan kerja akan
menyebabkan terjadinya pelucutan ion yang sangat banyak dan sudah tidak
sebanding lagi dengan intensitas radiasi yang datang. Hal inilah yang
menyebabkan kurva sebelum dan setelah daerah plateau memiliki gradien
(kemiringan) yang besar.
Pengamatan kedua pada eksperimen Serapan Sinar Radioaktif adalah
pencacahan partikel radioaktif dengan suatu bahan penyerap berupa tegel
yang diletakkan di antara sumber radiasi dengan detektor Geiger Muller. Hal
ini bertujuan untuk menghitung konstanta serapan radioaktif tegel tersebut.
Ada 2 jenis tegel yang hendak dihitung konstanta serapannya pada
pengamatan ini. Beda potensial yang digunakan adalah tegangan kerja Geiger
Muller, yaitu 480 Volt. Berdasarkan data yang diperoleh dari pencacahan
kedua jenis tegel, semakin banyak tegel yang disusun, maka jumlah cacahan
akan semakin berkurang. Hal ini menunjukkan bahwa partikel yang
dipancarkan oleh sumber radiasi diserap oleh tegel tersebut. Semakin tebal
susunan tegel, maka akan semakin banyak partikel yang terserap sehingga
partikel yang tersisa hingga sampai di detektor semakin sedikit. Dengan
14. demikian, diketahui bahwa jumlah cacahan berbanding terbalik dengan
ketebalan bahan penyerap radiasi. Disamping itu, berdasarkan analisis data,
diperoleh hasil bahwa nilai konstanta serapan kedua jenis tegel berbeda.
Konstanta serapan tegel jenis 1 adalah 0,333 cm-1
, sedangkan konstanta
serapan tegel jenis 2 adalah 0,140 cm-1
. Dengan demikian, diketahui bahwa
konstanta serapan radioaktif suatu bahan tidak hanya ditentukan oleh
ketebalannya, tetapi juga ditentukan oleh jenis dari bahan tersebut.
H. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat ditarik pada eksperimen Serapan Sinar
Radioaktif adalah sebagai berikut.
1. Detektor Geiger Muller merupakan suatu detektor isian gas yang bekerja
berdasarkan prinsip ionisasi oleh radiasi yang masuk terhadap molekul
gas yang berada dalam detektor.
2. Plateau detektor Geiger Muller adalah daerah tegangan kerja detektor
Geiger Muller. Daerah Plateau Geiger Muller dalam eksperimen ini
berada pada rentang antara 340 Volt hingga 620 Volt.
3. Konstanta serapan sinar radioaktif suatu bahan bergantung pada jenis dan
ketebalan bahan tersebut. Pada eksperimen ini, diperoleh nilai konstanta
serapan radioaktif untuk tegel 1 sebesar 0,333 cm-1
dan untuk tegel 2
sebesar 0,140 cm-1
.
15. DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2012. Daya Serap & Daya Ionisasi dari Sinar Alfa, Beta, dan Gamma.
http://blognarara.blogspot.com/2012/02/normal-0-false-false-false.html,
diakses tanggal 6 Mei 2014.
Anonim. 2013. Pencacah Geiger. http://id.wikipedia.org/wiki/Pencacah_Geiger,
diakses tenggal 6 Mei 2014.
Anonim. 2014. Peluruhan Radioaktif.
http://id.wikipedia.org/wiki/Peluruhan_radioaktif, diakses tanggal 6 Mei
2014.
Novandi, Asep. 2008. Sinar-Sinar Radioaktif.
http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2008/Asep%20Novandi_
060893/index_files/Page612.htm, diakses tanggal 6 Mei 2014.
